Kolloidal-Silber Prototyp 2

Startseite :: Eingang :: Grundlagen :: Der Markt :: Selbstbau :: Entwicklung :: Prototypen :: Kontakt :: Impressum ::

Prototyp2

Kolloidal-Silber-Prototyp 2

Dieses schon auf der Seite "Prototyp 1" gezeigte System eines kleinen "Mainboards" mit einzelnen Baugruppen die mit Flachkabeln und Steckern verbunden werden, hat sich als optimal für die Erprobung neuer Komponenten erwiesen. So brauchten bei Änderungen nicht immer die gesamten Platinen neu aufgebaut werden.

Es waren einige Verbesserungen möglich. Der DC/DC-Wandler ist völlig neu aufgebaut und besteht im Prinzip nur noch aus zwei ICs und den Pump- und Speicherelkos. Auf eine Strombegrenzung durch den Starter wurde verzichtet, dies übernehmen jetzt zwei N-Channel Junction Fets im Rechteckschalter. Dafür übernimmt der Starter neben der schon gehabten Unterspannungsanzeige nun auch eine (einstellbare) Unterspannungsabschaltung.

Starter und DC/DC-Wandler sind so kompakt, daß sie auf eine einzige der kleinen Platinen 35 x 70 mm passen. Ebenso sind Rechteckgenerator und Rechteckschalter zusammen auf eine Platine der gleichen Größe gelegt. Die Ansteuerung der MOSFETs im Rechteckschalter wurde verbessert. Nur der Timer ist unverändert geblieben.

Da die schon im 1. Prototypen angewandte Ausgangsleistung von rund 40 - 45 Volt und max. ca. 3 - 4 mA an den Elektroden sich als insgesamt unproblematisch und offensichtlich optimal erwiesen hat, wurde dies beibehalten. Das System hat jetzt gegenüber dem 1. Prototypen nur noch etwa den halben Stromverbrauch bei gleicher Ausgangsleistung. Das heißt, die Stromaufnahme an 9 Volt beträgt etwa 30 - 35 mA, bei 3 - 4 mA Elektrodenstrom.

Vorerst sind keine Veränderungen mehr an dieser Schaltung geplant. Geplant ist aber, die Baugruppen noch auf eine Gesamtplatine zu bringen, so daß die Flachkabel-Steckverbindungen entfallen. Eventuell noch geringe Änderungen an der Strombegrenzung. Die ließe sich wesentlich einfacher mit Strombegrenzungsdioden gestalten, leider konnte bisher keine Lieferquelle im Elektronik-Versandhandel gefunden werden. Das Problem ist, daß der N-Channel Junction Fet im Bastler-Versandhandel auch nur bis 30 Volt Source/Drain zu bekommen ist. (deshalb zwei Stück in Reihe) Bei Conrad gibt es neu "LED Driver". Der BCR402U wäre mit 40 Volt "gerade so" noch geeignet, leider läßt sich die Strombegrenzung nur bis 20 mA runterregeln. Vielleicht findet sich irgendwann noch ein simples Bauteil. "45 Volt, Strombegrenzung auf 3 - 4 mA".

-------------------------------------------------------------

Prototyp 2

Auf Bild 1 die neuste Version. Man sieht auch gleich, wie man sich einen Elektrodenhalter machen kann. Bananensteckerbuchsen, Silberelektroden ganz normal mit Lötzinn anlöten, Schrumpfschlauch über Lötstellen und Buchsenenden. Den Halter aus "zwei" Stück Glasfaserplatine, in der Mitte mit einer 3 mm Schraube verbunden. So kann man durch Abwinkeln einen kleineren Elektrodenabstand einstellen. Der geringere Elektrodenabstand wäre nur "bei höchster Reinheit" des destillierten Wassers sinnvoll, wenn sich trotz Erhitzung (Aufkochen) nur ein geringer Elektrodenstrom von z.B. 2 mA oder noch weniger einstellt. Das überhaupt festzustellen, erfordert selbstverständlich den Einsatz eines Meßgerätes. (Auf das Thema "Notwendigkeit eines Meßgerätes" wird an anderer Stelle noch eingegangen.)

Bild 1: Prototyp 2

-------------------------------------------------------------

Die untere der oben auf dem Foto abgebildeten Platinen stellt eine Art "Mainboard" dar (100 x 160 mm) und übernimmt die Verteilung der Stromzufuhr und Steuerleitungen. Beim Bohren und Löten geht es auch hier schon ziemlich eng zu.

Bild 2: Das "Mainboard"

(unverändert gegenüber Vorgänger)

Bohrlöcher: 0,9 mm für die Wannenstecker, 3,0 mm für die Eckbefestigungen

Mainboard Leiterbahnen-Bezeichnung

1 Steuerleitung Starter-Reset

2 Steuerleitung Rechteckschalter

3 Steuerleitung Rechteckschalter (invert.)

4 Steuerleitung Timer-Set

5 Plus 9 V In (von Batterie)

6 Plus 9 V Versorgungsleitung

7 Minus Versorgungsleitung

8 Minus 9 V In (von Batterie)

9 Steuerleitung (U > 9 V)

10 Plus 60 V Versorgungsleitung

-------------------------------------------------------------

Die Platinen-Layouts der einzelnen Baugruppen wurden ebenfalls auf einer Europlatine 100 x 160 mm belichtet und geätzt. Sie können später ausgeschnitten und in anderer Reihenfolge oder auch vertikal übereinander montiert werden, je nach gewähltem Gehäuse. Zur Verbindung ist die Basisplatine nicht mehr unbedingt erforderlich. Es genügt ein einziges Flachbandkabel mit mehreren Pfostensteckerabgriffen. (ähnlich einem Festplatten-Kabel)

Bild 3: Gesamtplatine

(Achtung! Fehler im Layout wurde korrigiert. Brücken von T5 u. T6 müssen von Gate nach Source liegen.)

Bohrlöcher: 0,7 mm alle vorbohren - 0,9 mm Stifte, Jumper, Wannenstecker, Diode D1 - 1,0 mm Trimmer, Taster - 1,3 mm Drehschalter - 3,0 mm Eckbefestigungen (alles übrige 0,7 mm)

-------------------------------------------------------------

Bild 4: Der Bestückungsplan dazu

Bezugsquelle:

Drehschalter, Reichelt-Elektronik Best.-Nr. "DS 2PC".

Druckschalter S1, S2..., Reichelt-Elektronik Best.-Nr. "Taster 3301D".

10-polige Wannenstecker, Reichelt-Elektronik Best.-Nr. "WSL 10W", 10-polige Pfostenstecker "PFL 10".

Spindeltrimmer 100 k, Reichelt-Elektronik Best.-Nr. 64W-100 K.

sonstige Trimmer Bauart "PT 10" oder "RT 10" (liegend oder stehend).

-------------------------------------------------------------

Die einzelnen Baugruppen und Schaltpläne:

Kernstück ist der DC/DC-Wandler, der aus 9 Volt etwa 50 Volt erzeugt. Die hohe Endspannung wird in einem Rechteckschalter in Rechteck-Wechselspannung umgewandelt. (Das muß sein, weil sich sonst galvanisch-ionische Prozesse einstellen, die zu bedenklichen Verunreinigungen des Wassers führen.) Angesteuert wird dieser Schalter von einem Rechteckgenerator mit niederer Frequenz. An den eingetauchten Elektroden sind es dann je nach Reinheit des Wassers und dem daraus resultierenden Strom rund 40 Volt.

Weitere Baugruppen sind der Starter und der Timer.

Blatt 1: Starter und DC/DC-Wandler kombiniert (Starter u. DC/DC-Wandler nun zu einer Baugruppe zusammengelegt)

-------------------------------------------------------------

Blatt 2: Rechteckgenerator und Rechteckschalter (ebenfalls jetzt zu einer Baugruppe vereint)

Achtung! Die Zeichnung enthielt einen Fehler und wurde korrigiert. (Brücken an T5, T6 lagen falsch)

-------------------------------------------------------------

Blatt 3 : Der Timer (keine Veränderungen gegenüber Vorgänger)

Für den Timer wurde ein 6-Stufenschalter gewählt, dessen 1. Stufe für "AUS" reserviert ist. In dieser Stellung ist der Strom total abgeschaltet. Aber selbst wenn der Schalter auf einer der Timerstufen stehen bleibt, fließt nach Ablauf der Zeit und automatischem Abschalten durch den Starter kein Strom mehr, der die Batterie entladen könnte. (Ruhestrom typisch 5 µA)

-------------------------------------------------------------

Schaltungsbeschreibung Gesamtsystem

Gesamt:

Die Schaltung ist für Betrieb mit einer 9 Volt Blockbatterie (oder 9 Volt NiMh-Akku) vorgesehen. Sie hat die Aufgabe, für die Dauer der am Timer einstellbaren Zeit an den Elektrodenausgängen A/B eine Rechteckwechselspannung von 40 - 45 Volt bei einem Strom von ca. 3 mA und einer Frequenz von ca. 1 - 0,1 Hz zu liefern. Sie besteht aus einzelnen Baugruppen, die durch Leitungen 1 - 10 verbunden werden. Die Versorgungsspannung darf 10 Volt nicht übersteigen, da sonst der max. Input von IC2 und IC3 überschritten wird. An Leitung 8 des Systems liegt Minus, an Leitung 5 liegt Plus der 9V Block-Batterie.

Wesentliche Elemente der Schaltung sind:

Starter, DC/DC-Wandler, Rechteckgenerator, Rechteckschalter, Timer.

Starter (Schaltbild Blatt 1, oben)

Die 9V Batterie liegt an den Leitungen 5/8. Durch Schließen eines Hauptschalters EIN/AUS an 5/6 wird +9V von Batterie kommend auf +9V Versorgungsleitung (6) gegeben und zu allen Baugruppen geführt. Minus liegt über Verpolungsschutz D1 am Starter an und wird nach dem Start durch T1 auf die -9V Versorgungsleitung (7) und alle Baugruppen durchgeschaltet.

IC1 (ICL7665) ist ein hochpräziser Spannungsüberwachungs-Schaltkreis mit interner Referenzspannungsquelle und einer Schaltschwelle von 1,3V. Durch Drücken des Tasters Start wird Plus über R2 auf Set1 (Pin3) des IC1 gegeben. Damit liegt an Set1 eine Spannung von > 1,3V an. Ausgang Out1 (Pin1) schaltet Minus und Ausgang Hyst1 (Pin2) schaltet Plus durch. LED1 bekommt von Out1 Minus über R4 und zeigt den eingeschalteten Zustand an. (kann durch Entfernen des Jumpers abgeschaltet werden) Gate T1 bekommt Plus von Hyst1 und schaltet Minus von Batterie (8) auf Minus 9V Versorgungsleitung (7) für das gesamte System.

Damit ist die Stromversorgung zunächst nur solange eingeschaltet, wie Taster Start gedrückt wird. (Der Taster sitzt auf der Platine und/oder kann extern an S1/S2 angeschlossen werden.)

DC/DC-Wandler (Schaltbild Blatt 1, unten)

Es handelt sich um eine "Pumpschaltung". IC2 verdoppelt die 9 Volt Batteriespannung auf 18 Volt. IC3 verdoppelt diese wiederum auf 36 Volt und erzeugt zusätzlich Minus 18 Volt gegen Minus/Ground.

Nach dem Schließen des Hauptschalters (wie oben beschrieben) liegt bereits Plus am gesamten System auf Leitung 6 an. Durch Einschalten von Minus bei Drücken des Start-Tasters (siehe oben), liegt wie beschrieben am gesamten System über T1 Minus/Ground auf Leitung 7 an. Der DC-DC Wandler erzeugt nun an Leitungen 9/10 eine Gesamtspannung von annähernd 54V. (im unbelasteten Leerlauf) R7 dient bei Kurzschlüssen als Schutzwiderstand.

Damit der Starter nach Loslassen des Tasters Start auf Ein gehalten wird, ist eine Haltespannung nötig. Diese Haltespannung direkt der 9 V Stromversorgung zu entnehmen, hätte verschiedene Nachteile, unter anderem Gefahr der Instabilität bei Spannungsabfall und vor allem einen permanenten Ruhestrom über den nötigen Spannungsteiler. Aus diesen Gründen wird eine Haltespannung >9 V als Rückmeldung des eingeschalteten DC/DC-Wandlers über Leitung 11 auf den Starter zurückgeführt. Diese Haltespannung > 9 V wird nicht dem eigentlichen Lastkreis des DC/DC-Wandlers entnommen, weil dessen Spannung große Schwankungen durch die Ausgangsbelastung aufweist, sondern wird mit D7 und C7 gesondert generiert. Sie liegt etwa gleich bleibend bei 16 V. Diese Spannung wird mit der Zenerdiode ZD auf ein Niveau von etwa 6 V herabgesetzt und an Set1 mit P1 auf > 1,3 V eingestellt. (C dient der Glättung und R1 sorgt für eine saubere Schalthysterese.)

Die Haltespannung >9 V unterliegt jedoch Schwankungen der Batteriespannung und bietet sich somit für eine Unterspannungsabschaltung an. (besonders für den Betrieb mit Akkus in Hinblick auf schädliche Tiefentladungen von Bedeutung)

Der 2. Schaltkreis des IC1 wird aus gleichen Gründen zur Unterspannungswarnung herangezogen. Dieser Schaltkreis liegt mit seinem Spannungsteiler R6/P2 an Plus und mit Minus hinter T1 und ist somit erst nach erfolgtem Start aktiv. An P2 wird der Spannungsabfall eingestellt, bei dem die (Blink-) LED2 von Out2 Minus bekommt und durch Blinken Unterspannung anzeigt.

Eine zweckmäßige Einstellung der Spannungsüberwachung zum Schutz von 9V-Akkus wäre z.B.: Unterspannungswarnung 8,4 Volt, Spannungsabschaltung 8 Volt

Nach Spannungsabschaltung ist Minus-Versorgungsleitung (7) durch T1 wieder von der Batteriespannung getrennt. Es fließt nur ein unbedeutender Ruhestrom von etwa 5 µA.

* * *

Rechteckgenerator und Rechteckschalter (Schaltbild Blatt 2)

Beim Rechteckgenerator handelt es sich um eine herkömmliche Oszillatorschaltung, die nach dem Start von 9V Batteriespannung versorgt wird. Sie liefert an Leitung 2 ein Rechtecksignal und an Leitung 3 ein dazu invertiertes Signal. LED1 und 2 zeigen die Wechsel-Funktion an und können durch Entfernen des Jumpers abgeschaltet werden. Mit C1 legt man die Frequenz im großen Rahmen fest, mit P1 kann sie weitgehend eingestellt werden. Mehr ist zu dieser Schaltung nicht zu sagen.

Der Rechteckschalter stellt eine Vollbrücke dar und wird vom Rechteckgenerator gesteuert. Leitung 9 hat mit Source T3 und T4 gegenüber Minus/Ground des Steuersignals annähernd 18V Negativ-Potential. Die Zenerdioden D1 und D2 senken dieses auf das 9V High/Low-Potential der Logik-Ausgänge des CMOS 4093. Das genügt für die volle Durchsteuerung der N-Channel-Mosfets T3, T4. Diese werden wechselweise angesteuert, die P-Channel Mosfets T1 u. T2 folgen ihnen im Gegentakt. Die zusätzliche Beschaltung an den Gates von T3, T4 soll eine geringe Einschaltverzögerungen bewirken um Kurzschlüsse Plus gegen Minus durch Trägheit beim Entladen der Gates bzw. beim Taktwechsel von T1, T2 zu vermeiden. Die Zenerdioden D3, D4 halten mit R5, R6 die Gatespannung von T1, T2 unter 20 V. Das Durchschalten der Brücke erfolgt paarweise über Kreuz, so daß an den Ausgängen A u. B eine Rechteckwechselspannung von unbelastet annähernd 50 V anliegt.

Die N-Channel Junction Fet T5 und T6 liegen als Strombegrenzung in der Plus-Zuleitung. Beim BF245A erfolgt eine Begrenzung auf ca. 3 mA, beim Typ BF245B auf 8 mA. (Die Reihenschaltung ist nötig, da die zulässige Source/Drain-Spannung je Fet nur 30 Volt beträgt.)

Mit dem Taster Test darf die Strombegrenzung kurzzeitig überbrückt werden, um höhere Ströme zu erzielen.

Timer

Es handelt sich um eine Standardschaltung mit dem NE555. Ein 6-Stufenschalter bietet eine Aus-Stellung als Hauptschalter und 5 verschiedene Timerzeiten. Die Timerzeiten lassen sich durch unterschiedliche Widerstände RT1 bis RT5 weitläufig variieren. Mit den vorgeschlagenen Werten ergeben sich Zeiten von 5, 10, 15, 20, 25 Minuten. An P1 ist die exakte Justierung auf die gewünschte Zeit möglich, z.B. 5 Minuten für die 1. Timerstufe. Diese Justierung gilt dann analog auch für die anderen Timerstufen. (bei Verwendung der vorgeschlagenen Werte)

Der Timer wird bei Aktivierung des Starters über Leitung 4 und C1 durch einen negativen Steuerimpuls gestartet und gibt an Ausgang Pin3 Plus an die Kontroll-LED. (R1 ist Vorwiderstand, der Jumper gestattet Deaktivierung) Nach Ablauf der eingestellten Zeit geht Timer-Ausgang Pin3 auf Minus und gibt über Leitung 1 einen negativen Steuerimpuls an D6 und Pin7 des IC2 der DC/DC-Wandlerschaltung. Damit wird die Schwingung des internen Oszillators unterbunden, der DC/DC-Wandler wird gestoppt, die Haltespannung >9V bleibt aus und der Starter schaltet das System ab. Danach fließt nur noch der schon genannte Ruhestrom von 5µA. Das Abschalten vor Ablauf der Zeit kann auch durch Drücken der S2 (Reset) erfolgen.

Batteriespannungsüberwachung am Starter einstellen:

(z.B. Unterspannungswarnung bei 8,4 Volt, Unterspannungsabschaltung bei 8 Volt)

1.) Elektrodenausgang mit 3,3 k-Ohm belasten

2.) 8 Volt anlegen, Trimmer P1 rechts drehen, Starten, Trimmer P1 links drehen bis es abschaltet.

3.) 8,4 Volt anlegen, Trimmer P2 links drehen, Starten, Timmer P2 rechts drehen bis LED blinkt.

-------------------------------------------------------------

Impressum: